(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記伝送線は電位差のある二線で構成され、前記制御側装置は、前記伝送線の負側の電圧を下げる電流信号変調手段を備え、前記子局は、前記伝送線の常態における線間電圧で電流が流れることを防止し、前記伝送線の線間電圧が常態より大きくなった場合に電流が流れることを許容する子局電流信号復調手段を備える請求項1に記載の制御・監視信号伝送システム。
前記伝送線は電位差のある二線で構成され、前記制御側装置は、前記伝送線の正側の電圧を上げる電流信号変調手段を備え、前記子局は、前記伝送線の常態における線間電圧で電流が流れることを防止し、前記伝送線の線間電圧が常態より大きくなった場合に電流が流れることを許容する子局電流信号復調手段を備える請求項1に記載の制御・監視信号伝送システム。
【技術分野】
【0001】
本発明は、制御側に設けられた親局と被制御側に設けられた複数の子局との間の信号線を省配線化し、共通の伝送線で接続し、電源に伝送信号を重畳しデータ授受と電力供給を同時に行う制御・監視信号伝送システムに関する。
【0002】
施設内に配置された多数の装置を集中制御するシステムにおいて、配線の数を減らす、所謂省配線化が広く実施されている。そして、その省配線化の一般的な手法として、被制御側に設けられた複数の機器の各々を制御側に設けられた制御部に直接繋ぐパラレル接続に代えて、パラレル信号とシリアル信号の変換機能を備えた親局と複数の子局を、制御部と複数の装置にそれぞれ接続し、親局と複数の子局との間で共通の伝送線を介してシリアル信号によりデータ授受を行う方式が広く採用されている。
【0003】
また、共通の伝送線を介してシリアル信号によりデータ授受を行う方式として、伝送クロックで同期させるなどの伝送同期方式が知られているが、その伝送同期方式において、伝送信号に電源を重畳しデータ授受と電力供給を同時に行う手法が提案されている。
【0004】
例えば、特開2002−16621号公報には、クロックの1周期の後半が電源電圧とされ前半の電圧レベルが電源電圧と異なるものとされた直列のパルス状電圧信号に、クロックの1周期毎に、クロックより高い周波数の信号(以下、周波数信号という)を重畳する制御・監視信号伝送システムが提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
伝送同期方式では、電圧レベルによる1ビット表示(所定のレベルに対する高低による論理データ“1”および“0”の表示)が採用される場合もある。しかしながら、伝送信号において電源電圧とされる領域(以下、電源電圧エリアとする)は、子局の電源となることから、一定の電圧を維持する必要があり、電圧レベルによる1ビット表示を行うことができない。そのため、電源電圧エリアを利用してデータの伝送を行う場合、そこに重畳される電流信号の有無による1ビット表示が行われている。
【0007】
ただし、電流値は、接続される子局の個数変化や子局に接続されている装置の動作により変化するため、電流信号の有無を判断するための基準値の設定が難しい。
【0008】
そこで、電流値と所定の判断基準値との比較による判断手法に代えて、電流値の変化の有無により電流信号の重畳の有無を判断する手法が提案されている。すなわち、電流値を周期的に変化させる周波数信号を用いる手法である。
【0009】
ところが、周波数信号は、周波数が1MHz程度の高周波になると、伝送線のインダクタンスにより、電流変化の振幅が減少することがあった。更に、周波数信号は、過渡現象により振幅が不安定なものになることがあった。そのため、周波数信号による電流値の変化の有無が不明となり、電流信号が重畳されたことを検出できない場合があった。
【0010】
また、親局とデータの伝送を行う子局が接続されている伝送線(本線とする)から別の伝送線(分岐線とする)が分岐している場合、電流変化が無いときに分岐線に溜まった電荷は、電流が変化する極短い時間、本線に接続された子局に対する親局以外の電流源となってしまう。そのため、電流変化の周期が短い場合には、親局で検出される電流値が減少し、電流信号が重畳されているにも関わらず、電流信号が重畳されたことを検出できない場合があった。
【0011】
そこで、本発明は、電源に伝送信号を重畳しデータ授受と電力供給を同時に行うデータ伝送の信頼性を高めることを可能とする制御・監視信号伝送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明にかかる制御・監視信号伝送システムは、制御側装置と共通の伝送線を介して調歩同期方式によりデータの授受を行う子局の複数を備え、前記制御側装置から同期を開始するためのスタート信号が前記伝送線を介し送信され、前記制御側装置と前記子局の各々が前記スタート信号を基点とする仮想伝送クロックを自局内部で発生させ、前記スタート信号の終わりから次の前記スタート信号の開始までの期間が、前記仮想伝送クロックの1周期に対応する期間の複数に時分割され、前記仮想伝送クロックの1周期が第一設定期間と第二設定期間に時分割され、前記第一設定期間と前記第二設定期間の電流値の差に基づきデータが抽出される。
【0013】
前記伝送線は電位差のある二線で構成され、前記制御側装置は、前記伝送線の負側の電圧を下げる電流信号変調手段を備え、前記子局は、前記伝送線の常態における線間電圧で電流が流れることを防止し、前記伝送線の線間電圧が常態より大きくなった場合に電流が流れることを許容する子局電流信号復調手段を備えるものであってもよい。
【0014】
前記伝送線は電位差のある二線で構成され、前記制御側装置は、前記伝送線の正側の電圧を上げる電流信号変調手段を備え、前記子局は、前記伝送線の常態における線間電圧で電流が流れることを防止し、前記伝送線の線間電圧が常態より大きくなった場合に電流が流れることを許容する子局電流信号復調手段を備えるものであってもよい。
【発明の効果】
【0015】
本発明では、制御側装置と子局の各々がスタート信号を基点とする仮想伝送クロックを自局内部で発生させ、子局は、制御側装置と調歩同期方式によりデータの授受を行うため、制御側装置と子局が同期をとるためのスタート信号が制御側装置から送信されれば、複数の電源電圧レベルの電圧パルス信号を連ねて伝送信号を構成する必要がない。すなわち、電源電圧レベルを維持することができる。
【0016】
また、第一設定期間と第二設定期間の電流を変調し、伝送線の分岐など設置状態により電流値が変化する場合でも、第一設定期間と第二設定期間の電流値に差異を生じさせることにより、伝送信号が意図するデータを抽出することができる。
【0017】
従って、本発明によれば、電源に伝送信号を重畳しデータ授受と電力供給を同時に行うデータ伝送の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明に係る制御・監視信号伝送システムの実施形態を説明する。
この制御・監視信号伝送システムは、工場などの施設内に配置された多数の装置機器を制御部において集中制御するためのものである。
図2に示すように、制御部1および電位差のある二線Dp、Dn(以下、伝送線とする)に接続された親局2と、被制御側となる施設内に配置され伝送線に接続された入力子局4、出力子局5および入出力子局6の複数で構成される。なお、
図2においては、図示の便宜上、各々の子局が一つずつ示されているが、伝送線に接続される子局の種類や数に制限は無い。なお、伝送線は、電源としての使用が可能となっている。
【0020】
入力子局4が接続される入力部7、出力子局5が接続される出力部8、および、入出力子局6が接続される入出力部9は、被制御側となる施設内に配置された装置である。
【0021】
入力部7に相当するものとして、例えば、リードスイッチ、マイクロスイッチ、押釦スイッチ、光電スイッチ、その他各種センサを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【0022】
出力部8に相当するものとして、例えば、アクチュエータ、(ステッピング)モータ、ソレノイド、電磁弁、リレー、サイリスタ、ランプを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【0023】
入出力部9は、入力部7と出力部8の双方の機能を備える装置機器である。例えば、温調、タイマ、カウンタ等の装置機器で、親局2に対し情報を送信する機能と、親局2から送信されたデータに基づき出力動作を行う機能の双方を備えるものを挙げることができる。
【0024】
なお、入力部7は、入力子局4と一体化された入力部一体型子局70であってもよい。また、出力部8は、出力子局5と一体化された出力部一体型子局80であってもよい。
【0025】
制御部1は、演算処理機能を持つ管理判断手段11と入出力ユニット12を備える。管理判断手段11は、入出力ユニット12を介して親局2からデータを受け取り、内部に記憶されたプログラムに基づいて必要な演算処理を行う。
【0026】
<親局の構成>
親局2は、
図3に示すように、出力データ部21、タイミング発生部23、親局出力部24、親局入力部25、入力データ部26を備える。そして、伝送線に接続され、制御データを含む制御信号を、伝送線を介して出力子局5および入出力子局6に送信するとともに、入力子局4および入出力子局6から伝送線を介して送信された監視信号を受け監視データを抽出し制御部1の入出力ユニット12へ送出する。
【0027】
出力データ部21は、制御部1から受けたデータをシリアルデータとして親局出力部24へ引き渡す。
【0028】
タイミング発生部23は、発振回路(OSC)31とタイミング発生手段32からなり、発振回路(OSC)31を基にタイミング発生手段32が、入力子局4、出力子局5、および、入出力子局6と同期をとるための仮想伝送クロックを生成し親局出力部24、親局入力部25に引き渡す。
【0029】
親局出力部24は、制御データ発生手段33および親局電流信号変調手段34を有している。制御データ発生手段33が、出力データ部21から受けたデータと、タイミング発生部23から受けた仮想伝送クロックに基づき、親局電流信号変調手段34と伝送線を介し、スタート信号STおよび制御信号を送信する。
【0030】
この実施形態の親局電流信号変調手段34は、
図4に示すように、スタート信号STまたは制御信号を送信するタイミングで、伝送線の負側の電圧VDnを変化させることにより、伝送線を構成する二線Dp、Dn間の電流変調信号を変化させるものとなっている。ただし、負側の電圧VDnを変化させる割合は、常態の線間電圧に対し小さいため、電源供給を妨げるものとはなっていない。なお、親局電流信号変調手段34の回路構成に制限はなく、状況に応じて適したものとすることができる。例えば、正側の電圧VDpを上げるものであってもよい。
【0031】
スタート信号STは、仮想伝送クロックの1周期の時間幅より長い時間維持される電流の流れている状態(有電流状態とする)と、それに続く、仮想伝送クロックの1周期の時間幅より長い時間維持される電流の流れていない状態(無電流状態とする)とで構成される。なお、有電流状態および無電流状態の長さは使用条件等を考慮し、仮想伝送クロックの1周期と区別できる範囲で適宜決めることができる。
【0032】
スタート信号STの終わりから次のスタート信号STの開始までの期間は、仮想伝送クロックの1周期に対応する複数の期間に時分割され、これら時分割された複数の期間の1つ以上が、入力子局4、出力子局5および入出力子局6の各々に対し、親局2と送受信するための期間として割り当てられている。
【0033】
更に、時分割された複数の期間の各々にはアドレス番号が付与されており、このアドレス番号を利用し、入力子局4、出力子局5、および入出力子局6が、各々に割り当てられた期間に対応付けられている。例えば、
図1において、絶対アドレス番号#1、#3は出力子局5に付与されており、制御信号は、絶対アドレス番号#1、#3の期間に送信されている。また、絶対アドレス番号#2、#4の期間には、入力子局4或いは入出力子局6から監視信号が送信される。なお、
図1において、右下がり斜線は親局2から送信される制御信号となる電流を、左下がり斜線は入力子局4或いは入出力子局6から送信される監視信号となる電流を示すものとなっている。
【0034】
仮想伝送クロックの1周期は第一設定期間(この実施形態では1周期の前半)と第二設定期間(この実施形態では1周期の後半)に時分割されている。そして、これら第一設定期間と第二設定期間では電流値が異なるものとされ、その電流値の差が信号に含まれるデータを表すものとなっている。
【0035】
この実施形態では、第一設定期間に電流が流れ、第二設定期間に電流が流れていない状態の電流値の差を、論理データ“1”に対応させている。また、第二設定期間に電流が流れ、第一設定期間に電流が流れていない状態の電流値の差を、論理データ“0”に対応させている。
【0036】
なお、この実施形態において、第一設定期間と第二設定期間はいずれも、仮想伝送クロックの1周期の半分の長さに設定されているが、第一設定期間および第二設定期間の長さに制限はなく、仮想伝送クロックの1周期内に収まる範囲であれば、使用状況や使用環境に応じて適宜設定することができる。
【0037】
また、第一設定期間と第二設定期間の電流値の差と論理データの関係に制限はない。第一設定期間に電流が流れ、第二設定期間に電流が流れていない状態の電流値の差を、論理データ“0”に対応させ、第二設定期間に電流が流れ、第一設定期間に電流が流れていない状態の電流値の差を、論理データ“1”に対応させてもよい。
【0038】
親局入力部25は監視データ抽出手段35および親局電流信号復調手段36を有している。親局電流信号復調手段36は、入力子局4或いは入出力子局6から送信された監視信号を検出し、電流値のデジタル値を監視データ抽出手段35に引き渡す。
【0039】
この実施形態の親局電流信号復調手段36では、第一設定期間が終了するタイミングで第一設定期間における電流値のデジタル値を確定し、監視データ抽出手段35に引き渡す。また、第二設定期間の終了時に第二設定期間における電流値のデジタル値を確定し、監視データ抽出手段35に引き渡す。ただし、第一設定期間および第二設定期間の電流値のデジタル値を確定するタイミングに制限はなく、使用状態や使用環境に応じて決めることができる。
【0040】
監視データ抽出手段35は、親局電流信号復調手段36から引き渡された電流値のデジタル値に基づき、対応するデータ値を入力データ部26に引き渡す。この実施形態では、親局電流信号復調手段36から引き渡された第一設定期間の電流値のデジタル値を一時記憶し、親局電流信号復調手段36から第二設定期間の電流値のデジタル値が引き渡されたとき、それら電流値のデジタル値の差を比較演算する。そして、第一設定期間の電流値のデジタル値が第二設定期間の電流値のデジタル値より大きく、その差分値が、予め設定された判定幅の中にある場合には論理データ“1”を、入力データ部26に引き渡す。また、第一設定期間の電流値のデジタル値が第二設定期間の電流値のデジタル値より小さく、その差分が前記判定幅の中にある場合には論理データ“0”を、入力データ部26に引き渡す。
【0041】
判定幅とは、信号が正常に伝送されている状態において想定される電流値の変化分であり、使用状態や使用環境に応じて決めることができる。
【0042】
なお、第一設定期間の電流値のデジタル値と第二設定期間の電流値のデジタル値の差分がこの判定幅の下限値より小さくなる場合は、第一設定期間の電流値のデジタル値と第二設定期間の電流値のデジタル値に実質的な差異の無いことを意味する。すなわち、断線などにより電流が流れていない、或いは短絡により電流が流れ続ける等の異常状態を意味する。そこで、監視データ抽出手段35は、第一設定期間の電流値のデジタル値と第二設定期間の電流値のデジタル値の差分がこの判定幅の下限値より小さくなるとき、伝送異常であることを示すデータを、入力データ部26に引き渡す。
【0043】
また、第一設定期間の電流値のデジタル値と第二設定期間の電流値のデジタル値の差分がこの判定幅の上限値より大きくなる場合は、意図しない電流変調が生じていることを意味する。すなわち、ノイズの発生や設定誤り等の意図しない状態である可能性を意味する。そこで、監視データ抽出手段35は、第一設定期間の電流値のデジタル値と第二設定期間の電流値のデジタル値の差分がこの判定幅の上限値より大きくなるときにも、伝送異常であることを示すデータを、入力データ部26に引き渡す。
【0044】
入力データ部26は、監視データ抽出手段35から受け取った直列の入力データを並列(パラレル)データに変換し、監視データとして制御部1の入出力ユニット12へ送出する。
【0045】
<入力子局の構成>
入力子局4は、
図5に示すように、伝送受信手段41、子局タイミング発生手段42、アドレス抽出手段43、アドレス設定手段44、監視データ送信手段45、および、入力手段46を有する子局入力部40を備える。また、子局入力部40と伝送線の間に配置される子局電流信号復調手段48および子局電流信号変調手段49を備える。
【0046】
なお、この実施形態の入力子局4は、内部回路としてマイクロコンピュータ・コントロール・ユニットであるMCUを備えており、このMCUが子局入力部40として機能するものとなっている。
【0047】
処理において必要となる演算や記憶は、このMCUの備えるCPU、RAMおよびROMを使用して実行されるが、子局入力部40を構成する上記各手段のそれぞれの処理におけるCPU、RAMおよびROMとの関係は、説明の便宜上、図示を省略するものとする。
【0048】
子局電流信号復調手段48は、親局2から伝送線に出力されたスタート信号STおよび制御信号を検出し、電流値のデジタル値を伝送受信手段41に引き渡す。なお、伝送線のシャント抵抗には常態の線間電圧で電流が流れることを防止する電流制限器47(この実施形態では、ツェナーダイオード)が配置されている。そのため、親局2において、伝送線の負側の電圧VDnが下げられたときに、すなわち、伝送線の線間電圧差が常態より大きくなった場合に電流の流れることが許容されるものとなっている。
【0049】
伝送受信手段41は、子局電流復調手段48から引き渡された電流値のデジタル値を子局タイミング発生手段42、および、アドレス抽出手段43に引き渡す。
【0050】
子局タイミング発生手段42は、伝送受信手段41から引き渡された電流値のデジタル値に基づきスタート信号STを検出し、仮想伝送クロックを発生させ同期を開始する。そして、仮想伝送クロックの1周期毎に同期信号をアドレス抽出手段43に引き渡す。
【0051】
アドレス抽出手段43では、同期信号のカウントが行われる。なお、このカウント値がアドレス設定手段44で設定された自局アドレスデータと一致するタイミングは、親局2への送信のために自局に割り当てられた期間が開始するタイミング(以下、「自局送信期間開始タイミング」とする)となる。
【0052】
自局送信期間開始タイミングを得たアドレス抽出手段43は、親局2への送信のために自局に割り当てられた期間、監視データ送信手段45を有効にする。
【0053】
入力手段46は、入力部7からの入力に基づくデータを監視データ送信手段45に引き渡す。
【0054】
監視データ送信手段45は、アドレス抽出手段43により有効とされた場合に、入力手段46から引き渡されたデータを、子局電流信号変調手段49と伝送線を介し、親局2に監視信号を送信する。
【0055】
この実施形態において、子局電流信号変調手段49は、
図7に示すように、トランジスタのオンオフにより、電流が流れた状態と電流が流れていない状態を切り替えるものとなっている。ただし、子局電流信号変調手段49の回路構成に制限はなく、状況に応じて適したものとすることができる。
【0056】
<出力子局の構成>
出力子局5は、
図8に示すように、伝送受信手段41、子局タイミング発生手段42、アドレス抽出手段43、アドレス設定手段44、制御データ抽出手段51および出力手段52を有する子局出力部50を備える。
【0057】
出力子局5も、また、前記入力子局4と同様、内部回路としてマイクロコンピュータ・コントロール・ユニットであるMCUを備えており、このMCUが子局出力部50として機能するものとなっている。そして、入力子局4のMCUと同様に、出力子局5の処理において必要となる演算や記憶は、このMCUの備えるCPU、RAMおよびROMを使用して実行されるものとなっている。
【0058】
なお、子局出力部50を構成する上記各手段のそれぞれの処理におけるCPU、RAMおよびROMとの関係は、説明の便宜上、図示を省略するものとする。また、
図6において、入力子局4と実質的に同じ部分には同符号を付し、その説明を簡略化または省略する。
【0059】
出力子局5におけるアドレス抽出手段43は、親局2から送信された制御信号を受信するために自局に割り当てられた期間が開始するタイミング(以下、「自局受信期間開始タイミング」とする)を得たときに、制御データを抽出するタイミング信号を制御データ抽出手段51に引き渡す。なお、自局受信期間開始タイミングは、入力子局4におけるものと同様に、子局タイミング発生手段42から、仮想伝送クロックの1周期毎に引き渡される同期信号をカウントし、アドレス設定手段44で設定された自局アドレスデータと一致するタイミングとして得る。
【0060】
制御データ抽出手段51は、アドレス抽出手段43から引き渡されたタイミング信号と伝送受信手段41から引き渡された電流値のデジタル値に基づき、自局アドレス設定手段44に設定された自局アドレスに送信された制御信号のデータ値を抽出し、これを出力手段52に引き渡す。なお、データ抽出方式は、親局2の監視データ抽出手段35と同様であるため、説明を省略する。
【0061】
出力手段52は、制御データ抽出手段51から引き渡された制御データに基づいた情報を出力部8に出力し、出力部8を動作させ、或いは停止させる。
【0062】
<入出力子局の構成>
入出力子局6には、対応関係にある入力部7と出力部8の双方が接続されている。入出力子局6も、入力子局4および出力子局5と同様、内部回路としてマイクロコンピュータ・コントロール・ユニットであるMCUを備えており、このMCUが子局入出力部として機能するものとなっている。そして、入力子局4のMCUおよび出力子局5のMCUと同様に、入出力子局6の処理において必要となる演算や記憶は、このMCUの備えるCPU、RAMおよびROMを使用して実行されるものとなっている。
【0063】
なお、子局入出力部を構成する上記各手段のそれぞれの処理におけるCPU、RAMおよびROMとの関係は、説明の便宜上、図示を省略するものとする。また、子局入出力部は、子局入力部40および子局出力部50の双方の構成を備えるものであるが、これら各構成は子局入力部40および子局出力部50と実質的に同じものであるため、図示およびその説明は省略する。
【0064】
この実施形態において、スタート信号STは有電流状態と無電流状態の組合せによる電流信号となっているが、仮想伝送クロックの1周期と区別できる形であれば制限はなく、使用状況等に応じて適した形の信号としてもよい。例えば、線間電圧が常態と異なる電位の電圧信号としてもよい。ただし、その場合、入力子局4、出力子局5、および、入出力子局6には、電圧信号を復調する手段を備えることが必要となる。また、親局2は親局電流信号変調手段34に代わる、電圧信号変調手段を備えることが必要となる。